Дипломная работа: Разработка анимационно-обучающей программы механической системы
Анимация использует множество независимых рисуноков или графических файлов, которые выводятся в определенной последовательности для создания иллюзии непрерывного движения. Для создания компьютерной анимации существует множество программных приложений.
Классическая анимация.
Эта метод представляющий собой поочередную смену рисунков, каждый из которых нарисован отдельно (принцип мультфильма). Этот метод очень трудоемкий из-за необходимости создания каждого рисунка.
Кукольная анимация.
В пространстве размещаются объекты – кадр фиксирует их положение, положение объектов меняется – опять фиксируется следующим кадром.
Спрайтовая анимация.
Это анимация, реализуемая при помощи языка программирования или специального инструментального средства. В спрайтовой анимации отсутствует понятие кадра (принцип подвижных игр). Почти всегда базируется на работе с «прозрачным» цветом.
Морфинг.
Преобразование одного графического образа в другой. Часто выполняется программно. Программное обеспечение морфинга генерирует заданное число промежуточных кадров, которое обеспечивает плавный переход начального образа в конечный.
Анимация цветом.
Положение объектов не изменяется, меняется лишь цвет. Часто выполяется программно.
Создается с помощью специальных программ (3D Studio MAX, PovRay, LightWave, Maya,…).
Картинка получается путем визуализации сцены.
Каждая сцена представляет собой следующее:
-набор объектов
-набор источников света
-набор текстур
-набор камер (хотя обычно одна)
Метод ключевых или опорных кадров.
Наиболее распространенным способом создания анимации является метод ключевых или опорных кадров. Ключевым событием может являться не только изменение параметров одного из возможных преобразований объекта (положения, поворота или масштаба), но также изменение любого из допускающих анимацию параметров (свойства источников света, материалов и др.). После определения всех ключевых кадров, система компьютерной анимации выполняет автоматический расчет событий анимации для всех остальных кадров, занимающих промежуточное положение между ключевыми – промежуточных кадров.
Процедурная анимация.
Для моделирования движений, или эффектов, которые трудно воспроизвести с помощью ключевых кадров, используется процедурная анимация. В процедурной анимации рассчитывают текущие значения параметров анимации, основываясь на начальных значениях, заданных пользователем, и на математических выражениях, описывающих изменение параметров во времени. Этот метод позволяет выполнять качественные анимации. Часто, процедурная анимация используется для разнообразных эффектов.
Прямая кинематика – перемещение объекта – родителя оказывает влияние на всю цепь объектов – потомков. Выглядит это так, будто опорные точки дочерних объектов связаны с опорными точками родительского объекта жесткими рычагами. Если перемещается родительский объект, дочерний объект также будет перемещаться, не изменяя своего положения относительно объекта – предка. Если перемещается родительский объект, дочерний объект также будет перемещаться, не изменяя своего положения относительно объекта – предка. Если родительский объект поворачивается, то дочерний перемещается и поворачивается, то дочерний перемещается и поворачивается таким образом, что его положение и ориентация по отношению к родительскому объекту остаются неизменными.
§2.1.1 обучающие программы
Современное время характеризуется возрастающими темпами научно-технического прогресса, непрерывным увеличением объема и изменением содержания знаний, умений и навыков, которыми должны владеть современные специалисты различных категорий, следствием чего является повышение требований к качеству их подготовки.
Одним из перспективных способов повышения эффективности процесса обучения является его автоматизация, т.е. использование в качестве средства обучения современной вычислительной техники. Эффективность использования компьютерной техники зависит от многих факторов. И первым из них следует назвать обучающую программу. Без всякого преувеличения можно утверждать, что она является сердцевиной обучающей системы.
Что представляет собой обучающая программ? Это программа, которая управляет учебной деятельностью учащегося и выполняет, как правило частично, функции учителя. В обучающей программе можно выделить следующие компоненты:
• учебные материалы (тексты, рисунки, схемы, задачи, вопросы и т. д.);
• специальную программу , определяющую, какую именно учебный материал и в какой последовательности представляется учащемуся.
Иногда в обучающей программе содержатся не тексты учебных задач (вопросов), а определенные правила, в соответствии с которыми система генерирует задачи (вопросы). С точки зрения дидактики систему компьютерного обучения можно представить как систему обучающих программ и способов их реализации (иногда вместо термина обучающая программа используют такие термины, как педагогический программный продукт, учебное обеспечение, пакет прикладных программ). Компьютер (техническое обеспечение) и программное обеспечение выступают как средство реализации обучающей программы, а их параметры реализуются с точки зрения возможностей и способов реализации обучающих программ. Это ни в коей мере не снижает роль компьютера и его программного обеспечения. Однако они должны оцениваться не сами по себе, а с точки зрения дидактических возможностей (и, естественно, ограничений), которые оказывают влияние на учебный процесс.
Основные проблемы связанные с компьютерным обучением
Обучающие программы реализуются с помощью компьютера и вполне естественно, что при их разработке ведущее место приобрели проблемы, связанные с машиной (программной) реализацией программ. Ведь не смотря на то, что возможности компьютера значительно возросли с каждым годом увеличиваются, реализация многих обучающих функций которые легко осуществляет даже неопытный педагог, связана с большими трудностями (например, распознавание ответа учащегося).Однако нельзя считать правильной весьма распространенную точку зрения, будто ключ к решению основных проблем компьютерного обучения – это разработка средств которые позволяют осуществлять переход от сценария обучающей программы к компьютерной программе. Такое представление в ряде случаев сказалось на разработке и оценке роли инструментария для программирования обучающих курсов (их называют обычно системными средствами автора). Многие разработчики таких систем (как правило, в целях рекламы) преувеличивают не только возможности созданных ими авторских систем, но и вообще их значение. Это обстоятельство, по мнению специалистов, играет отрицательную роль в исследуемых актуальных проблем разработки обучающих программ.
Преувеличение возможностей авторских средств часто сочетается с недооценкой важности тех психолого-педагогических проблем, которые возникают при разработки обучающих программ. Некоторые разработчики авторских средств полагают, будто учителя, а также специалисты в области информатики и вычислительной техники, имея смутные представление о психолого-педагогических особенностях обучения, а некоторые и о содержании того или иного учебного предмета, в состоянии создать эффективную обучающую программу.
Распространение подобных взглядов оказало влияние не только на теорию, но и на практику разработки обучающих программ. В ряде стран, например, в США и особенно в Великобритании, в течение последних 10-15 лет появилось не поддающееся учету количество микроскопических по своим размерам фирм (многие из них имеют штат из двух-трех программистов), которые разрабатывают обучающие программы, предназначенные для продажи. В нашей стране также нередко среди единоличных разработчиков обучающих программ были специалисты по вычислительной технике. Эта их деятельность, хотя и несколько отличалась от выполняемой ранее, тем не менее по своей сути оставалось привычной для них. В результате создавались многочисленные, но малоэффективные программы. Именно такая практика стала основным источником иллюзий, будто наибольшие трудности в разработке обучающих программ представляет кодирование или как часто говорились, программирование обучающих курсов.
Следует иметь в виду, что термин программирование трактуется по –разному: в более узком смысле – как составление программы для компьютера и как разработка программ в широком смысле слова. Когда мы говорим, что система образования и общество в целом программируют личность, то мы понимаем, что здесь речь идет о том, что общество в целом в частности через систему образования, оказывает большое влияние на становление человека как личности. Применительно к компьютерному обучению выражение “программирование обучающих курсов” стало восприниматься как синоним “разработки обучающих курсов”. А это привело к серьезным отрицательным последствиям:
· Отвлекло внимание от наиболее важных и трудоемких проблем-психолого-педагогических проблем разработки обучающих программ (обучающих курсов) – и тем самым, естественно, затормозило их исследование.
· Породило иллюзию, будто создав удобный инструментарий для кодирования обучающих программ, можно с помощью педагогов-энтузиастов решить проблему создания эффективных обучающих программ (обучающих курсов).
Разумеется, вину за это нельзя полностью возлагать на первых разработчиков обучающих программ и инструментария для кодирования (программирования) обучающих курсов. Просто они, не будучи педагогами, не усматривали тех психолого-педагогических проблем, которые возникают при разработке обучающих программ. Предполагалось, что, имея перед глазами внешне наблюдаемое поведение педагога, можно составить эффективную обучающую программу для компьютера.
Психолого-педагогический аспект компьютерного обучения
Недооценка психолого-педагогических проблем компьютеризации обучения, недостаточный учет психологических особенностей деятельности педагога и учащегося не могли не сказаться на качестве авторских систем, предназначенных для программирования (в узком смысле слова) обучающих курсов. Дидактические возможности их, как правило, были весьма ограничены. И дело не в том, что они налагали определенные ограничения на способ управления учебной деятельностью, на выбор учебных задач. Более существенно, что большинство авторских систем строилось на ошибочных представлениях о процессе обучения.
Поясним это более подробно, поскольку иногда полагают, что системы автора нейтральны по отношению к теоретическому представлению обучения и поэтому разрабатываемый инструментарий может быть использован для программирования обучающих систем, реализующих различные теоретические подходы. На самом деле это не так. Разработчики системы автора всегда исходят из некоторой модели обучения, из определенного представления о том, как именно следует управлять учебной деятельностью. Поскольку часто разработчики таких систем не имеют достаточной теоретической подготовки, они иногда чересчур смело полагаются на рекомендации отдельных психологов, не зная исходных теоретических предпосылок, основных принципов психологической теории, которых те придерживаются. Следовать таким рекомендациям особенно заманчиво, если их относительно легко реализовывать с помощью компьютера: это значительно упрощает разработку системы автора.
Данная точка зрения самым непосредственным образом сказалась на теории и практике разработки авторских систем. Многие из них содержат явный отпечаток бихевиористических теорий обучения, которые основное внимание удаляют правильному ответу, игнорируя мыслительную деятельность обучаемого. С точки зрения бихевиористов, основным в обучении является увеличение вероятности правильного ответа на некоторый стимул (например, предлагаемую учебную работу).
В настоящие время все большее число специалистов в области компьютерного обучения вынуждено признать, что основные проблемы при разработке обучающих программ – психолого-педагогические. По мнению многих специалистов, программирование обучающей программы – это лишь один этап ее разработки, который требует не более 10-20% времени и усилий. К тому же данный этап относится к наиболее изученным, его реализации при наличии опытных специалистов, как говорится, дело техники.
Следует иметь в виду, что применение компьютера оказывает исключительно большое влияние на все аспекты учебного процесса: и на содержание учебного материала, и на используемые учебные задачи, и на мотивацию учащихся и т.д. Все это обусловливает исключительно большое значение психолого-педагогических проблем для разработки эффективных обучающих программ.
Компьютеризация обучения отчетливо показала, что многие психологические и дидактические понятия и концепции работают”: основываясь на них, нельзя разработать эффективные обучающие программы. Проблема здесь не только в том, что многие из понятий еще не имеют однозначной трактовки. Ведь, в принципе, можно было бы договориться о том, какой именно трактовки следует придерживаться. Дело в том, что трактовка этих понятий не допускает их технологизации.
Некоторые особенности обучающих программ
Создание обучающих программ – творческий процесс, требующий не только логического мышления, но и интуиции. Этот процесс еще изучен недостаточно и не может быть описан с помощью жестких нормативов-предписаний. Много опасностей и ловушек подстерегает разработчиков обучающих программ. Для педагогов самая большая опасность – механический перенос особенностей обучения в классе (группе) на компьютерное обучение, стремление как можно более точно скопировать работу педагога. Хотелось бы отметить, что механический перенос в принципе недопустим по следующим причинам:
· Даже самый опытный педагог, мастер своего дела, далеко не всегда сможет описать свою деятельность и тем более объяснить каждое свое решение (многие решения принимаются педагогом интуитивно, они не полностью осознаются, и на вопрос, почему принято именно такое, а не иное решение в большинстве случаев отвечают: так подсказал опыт, это известно из практики и т.д.).
· Групповое, классное обучение, опыт которого приобретает педагог, не является адекватной моделью компьютерного обучения, которое обладает многими особенностями индивидуального обучения, существенно отличаются от группового.
· Компьютер не только накладывает определенные ограничения на реализацию учебного процесса, он раскрывает новые возможности в управлении учебной деятельностью. Это происходит прежде всего за счет неограниченных возможностей в предъявлении материала, применения разнообразных учебных задач, построения модели обучаемого путем накопления и переработки больших массивов данных, относящихся к учащемуся, неограниченного запаса знаний, относящихся к данной предметной области, и т.п.
Кроме того следует иметь в виду, сто разработка обучающих программ – это качественно иная, в сравнении с практической, деятельность педагога. Можно уметь решить задачу, но не уметь составить алгоритм. А ведь при разработке обучающей программы необходимо составить алгоритм работы компьютера, который отнюдь не копирует, а моделирует деятельность педагога и даже те же самые функции реализует иными способами. К тому же разработка обучающих программ требует более глубоких знаний не только в определенной предметной области, но и знаний об учебном процессе и учащихся. Мировой опыт убедительно показывает, что даже опытные практические работники, прошедшие специальную подготовку, нередко составляют весьма бледные обучающие программы, которые дают результаты значительно хуже, чем традиционное обучение.
Справедливости ради стоит отметить, что далеко не все обучающие программы, составленные специалистами в области обучения, оказались эффективными. Многие из них настолько скучные и неинтересные, что от них отказались как учителя, так и учащиеся.
Составление обучающих программ – это наука и искусство. Оно требует и глубоких знаний, и педагогического таланта.
Для программистов серьезную опасность представляет попытка механически перенести принципы разработки пакетов программ на создание педагогических программных продуктов (обучающих программ). Нельзя забывать, что эти программы управляют деятельностью живых людей, обладающих волей, мотивами, интересами, которые оказывают большое внимание на процесс обучения.
Чтобы обеспечить эффективное использование компьютера в учебном процессе, недостаточно заложить в компьютер систему указаний, даже правильных самих по себе. Необходимо спроектировать условия, в которых учащийся захочет следовать этим указаниям, а не поступать вопреки им. Только та обучающая программа сможет обеспечить эффективное обучение, разработчики которой учитывают в должной мере человеческий фактор, видят в учащихся субъектов учебной деятельности, а не придаток к компьютеру, слепо повинующийся его указаниям.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
